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Die
Erfindung bezieht sich auf Reibungskupplungen für Motorfahrzeuge. Insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
bezieht sich diese Erfindung auf Reibkupplungen zur Verwendung in
Automobilen, weiter bevorzugt in Hochleistungs- und/oder Rennwagen. Die Erfindung bezieht
sich auch auf ein Kontrollmechanismus für eine Reibungskupplung.
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In
einer typischen Motortahrzeug-Reibungskupplung ist/sind eine oder
mehrere Reibungsplatten oder -scheiben zwischen einer Druckplatte
und einem Schwungrad oder einer Reaktionsplatte positioniert. Das
Schwungrad und die Druckplatte sind üblicherweise in Antriebsverbindung
mit einer Ausgangswelle eines Motors und rotieren um eine gemeinsame
Achse. Ein oder mehrere der Reibungsscheiben sind in Antriebsverbindung
mit einer Ausgangswelle der Kupplung, welche oft eine Eingangswelle
eines zugeordneten Getriebes des Fahrzeuges aufweist. Derartige
Kupplungen werden typischerweise mittels einer Membranfeder in Eingriff
gebracht, welche zwischen einer Kupplungsabdeckung und einer Druckplatte
wirksam ist. Die Membranfeder spannt die Druckplatte in Richtung
eines Schwungrads vor, um die Reibungsscheibe zwischen Druckplatte
und Schwungrad einzuklemmen.
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Der
Betrag an Drehmoment, das durch eine Kupplung irgendeines vorgegebenen
Durchmessers übertragen
werden kann, ist teilweise durch die Klemmlast bestimmt, welche
die Membranfeder in der Lage ist auszuüben. Um die Klemmkraft zu erhöhen und
damit das Drehmoment, welches durch die Kupplung irgendeines vorgegebenen
Durchmessers übertragen
werden kann, ist es bekannt, zwei oder mehr Membranfedern, eine über der
anderen, zu stapeln. Die Membranfedern sind alle simultan in Eingriff oder
außer
Eingriff und arbeiten im Endeffekt als eine einzige Membranfedereinrichtung.
Die Typen von Reibungskupplungen, welche bei Rennwagen benutzt werden,
sind derart, dass der Pedalbewegungsweg zwischen einer Kupplungsfreigabeposition
und einer Kupplungseingriffsposition sehr klein ist. Dies bedeutet
im Endeffekt, dass der Kupplungseingriff sehr plötzlich genau ist.
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Eine
wirksame Kontrolle des Kupplungseingriffes ist insbesondere für einen
Rennfahrer wichtig, um sicherzustellen, dass die Leistung auf die
antreibenden Räder
in einer Weise übertragen
wird, welche sie befähigt,
von der Startlinie weg so schnell wie möglich wegzufahren. Ein plötzlicher
Eingriff der Kupplung kann zu einer übermäßigen Raddrehung oder auch
einem Abwürgen
des Motors führen.
Typischerweise wünscht
der Fahrer, die Kupplung in einem Teileingriffszustand zu halten,
während
dessen nur ein Teil des verfügbaren
Motordrehmoments durch die Kupplung übertragen wird, bis das Fahrzeug
ausreichend Geschwindigkeit gewonnen hat und die Kupplung voll in
Eingriff treten kann. Die Position, an welcher die Kupplung gehalten
wird, wird manches mal als "Greifpunkt" ("bite point") bezeichnet.
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Ein
Halten einer Rennkupplung an dem Greifpunkt ist deswegen schwierig,
weil nur ein relativ kleiner Betrag an Pedalbewegung zu einer signifikanten
Erhöhung
in der Klemmlast und folglich des durch die Kupplung übertragenen
Drehmoments führt.
Dieses Problem wird erschwert, wo die Kupplung so genannte Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbund-Kupplungsscheiben
enthält,
d.h. Kupplungsscheiben, welche aus einer Matrix aus Kohlenstoff
mit einem auf Kohlenstoff basierenden Füllstoff gefüllt ist.
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Es
ist eine Eigenschaft von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbund-Kupplungsscheiben,
dass ihr Reibungskoeffizient signifikant mit der Temperatur der Scheiben
anwächst,
bis die Scheiben eine Sättigungstemperatur
erreichen, oberhalb welcher der Reibungskoeffizient weitgehend stationär bleibt
oder auch leicht abnehmen kann. Es ist eine weitere Eigenschaft
von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Kupplungsscheiben, dass sie, während sie
sich erhitzen, ausdehnen.
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Wenn
eine Kupplung in einem Teileingriffszustand gehalten wird, sind
die Reibungsscheiben nicht voll eingeklemmt und rutschen so relativ
zueinander. Während
die Scheiben gegeneinander reiben, erhöht sich deren Temperatur. Wo
einige oder alle Reibungsscheiben aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundmaterial gemacht
sind, führt
diese Temperaturzunahme zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizientes
solcher Scheiben und folglich zu einer Zunahme des Betrages an Drehmoment,
welches durch die Kupplung übertragen
wird, auch wenn das Kupplungspedal stationär gehalten wird. Gleichzeitig
expandieren die Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbund-Reibungsscheiben,
während
ihre Temperatur ansteigt. Während
die Scheiben expandieren, werden sie fester zwischen der Druckplatte
und dem Schwungrad eingeklemmt und bewirken, dass die Klemmlast,
welche durch die Membranfeder ausgeübt wird, ohne Änderung
in der Kupplungspedalposition ansteigt. Der Anstieg des Reibungskoeffizienten
und der Expansion der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Reibungsscheiben erfolgt
sehr schnell und ein Fahrer kann ungenügend Zeit haben, um durch Loslassen
des Kupplungspedals zu reagieren, damit der Anstieg des Drehmomentes,
welches durch die Kupplung übertragen
wird, kompensiert wird. Dies kann zu einer übermäßigen Raddrehung am Start des
Rennens führen,
zu einem Abwürgen
des Motors, wenn die Motorgeschwindigkeit zu gering ist, oder auch
zu einem Fehlstart.
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Frühere Versuche
zur Verringerung des plötzlichen
Eingriffs der Kupplung sind beispielsweise in der FR-A-2 546 591
offenbart, in welcher drei im gleichen Abstand befindliche flexible
Federplatten eine Reaktionsplatte weg von einem Schwungradglied
vorspannen, um ein axiales Abpolsterns des Kupplungseingriffes vorzusehen.
Ein weiterer Versuch ist in der internationalen Patentan meldung
WO 93/07400 der Anmelderin offenbart, in welcher eine Anzahl von
Federmitteln in Aussparungen des Schwungrades angeordnet sind, um
eine Reibungsscheibe weg von dem Schwungrad vorzuspannen und einen
Eingriff der Kupplung abzupolstern.
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Während ein
Polstern der Kupplung als wirksam festgestellt wurde, besteht eine
weitergehende Notwendigkeit, das Einsetzen von Reibungskupplungen
zu verbessern.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Reibungskupplung vorzusehen, in welcher ein Eingriff einfacher kontrolliert werden
kann, als bei Kupplungen nach dem Stand der Technik.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Betätigungsmechanismus
für eine
Reibungskupplung mit zwei oder mehr Membranfedermitteln vorzusehen,
welcher ermöglicht,
dass ein Eingriff der Kupplung einfacher als bei bekannten Kupplungsbetätigungsmechanismen kontrolliert
werden kann.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Reibungskupplung
für ein
Motorfahrzeug vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
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Weitere
Einzelheiten des ersten Aspektes der Erfindung können in den von Anspruch 1
abhängigen
Ansprüchen
gefunden werden.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Kupplung für ein Motorfahrzeug
vorgesehen, wie sie in Anspruch 19 beansprucht ist.
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Weitere
Einzelheiten des zweiten Aspektes der Erfindung können in
den von Anspruch 19 abhängigen
Ansprüchen
gefunden werden.
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In Übereinstimmung
mit einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Kupplungskontrollmechanismus vorgesehen,
wie er in Anspruch 22 definiert ist.
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Weitere
Einzelheiten des dritten Aspektes der Erfindung können in
den von Anspruch 22 abhängigen
Ansprüchen
gefunden werden.
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Mehrere
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun, nur beispielhaft, mit Bezug auf die folgenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Axialschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer Kupplung nach
der Erfindung ist;
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2A bis 2C Schnittansichten
eines Teils der Kupplung nach 1 ist, in
welchen die Kupplung in einem Freigabezustand, einem Teileingriffszustand
und einem Volleingriffszustand gezeigt sind;
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3 eine
Kurve ist, welche die Klemmlast gegen den Kupplungsbetätigerweg
für die
Kupplung nach 1 zeigt;
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4 eine
Kurve ähnlich
der von 3 ist, welche jedoch die Klemmkraft
gegen den Kupplungsbetätigerweg
für eine
bekannte Reibungskupplung veranschaulicht, in welcher Mehrfach-Membran-Federn
simultan in Eingriff treten und freigegeben werden;
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5A bis 5C schematisch
eine Anordnung von Membranfedermitteln und Kupplungsfreigabelager
in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung in Freigabe-, Teileingriffs- und Volleingriffspositionen
zeigen;
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6A bis 6C Ansichten ähnlich der 5A bis 5C sind,
welche jedoch eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung zeigen;
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7 eine
Ansicht ähnlich
der von 6C ist, welche jedoch eine noch
weitere Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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8 eine
Ansicht ähnlich
der von 6C ist, welche jedoch eine weitere
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, in welcher äußere Membranfedermittel
zwei Membranfederglieder einschließen, und
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9 eine
Ansicht ähnlich
der von 6C ist, welche jedoch eine weitere
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, in welcher ein Lagerring zwischen zwei Membranfedermittel
vorgesehen ist.
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Mit
Bezugnahme auf zunächst 1 ist
dort eine Mehrplatten-Kupplungsanordnung 10 veranschaulicht,
welche ein Schwungrad 11, ein Gehäuse 12 und eine Abdeckung 13 aufweist.
Das Gehäuse
ist in der Form einer Reihe von über
den Umfang verteilten Vorsprüngen,
welche integral mit dem Schwungrad ausgebildet und axial von diesem
weg ragen, in einer an sich bekannten Art. Die Abdeckung 13 ist
an dem freien Ende der Vorsprünge
mittels Bolzen 14 angebracht. Das Schwungrad 11 ist
dazu ausgebildet, an einer Kurbelwelle eines (nicht dargestellten) Motors
befestigt zu werden. Axial angeordnet zwischen der Abdeckung 13 und
dem Schwungrad 11 sind vier Antriebsscheiben aus Reibungsmaterial 15a, 15b, 15c, 15d und
eine Druckplatte 16. Die Antriebsscheiben und die Druckplatte
sind so montiert, dass sie im Wesentlichen drehfest mit dem Gehäuse 12 aber
axial gleitend relativ zu diesem sind. Drei Antriebsreibscheiben 17a, 17b, 17c sind
zwischen den Antriebsscheiben 15a, 15b und 15b, 15c und 15c, 15d angeordnet.
Die Antriebsscheiben 17a, 17b, 17c sind
drehfest mit einer zentralen Nabe 5, welche eine Keilbohrung 6 hat,
mittels welcher Antriebskraft zwischen der Nabe und einem (nicht
dar gestellten) äußeren Schaft übertragen
werden kann, welcher eine Eingangswelle eines zugeordneten (nicht
dargestellten) Betriebes sein kann. Zwei Membran- oder Tellerfedermittel 18, 19 spannen
die Druckplatte in Richtung des Schwungrades vor, so dass die antreibenden
und angetriebenen Scheiben zusammen mit der Druckplatte und dem
Schwungrad eingeklemmt werden.
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In
der vorliegenden Erfindung weist jedes Membranfedermittel 18, 19 ein
einzelnes Membranfederglied auf. Bei bestimmten Ausführungsformen können die
eine oder beide der Membranfedermittel 18, 19 zwei
oder mehrere Membranfederglieder einschließen.
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Die
Membranfedermittel 18, 19 haben jeweils einen
massiven ringförmigen
Außenbereich 20 mit
einer Mehrzahl von beabstandeten Fingern 18a, 19a,
welche vom Innendurchmesser des äußeren Ringbereiches
aus radial nach innen vorspringen. Eine äußere Oberfläche der äußeren Membranfedermittel 19 berührt einen
Lagerring 22 an der Abdeckung 13 in einer Position
dicht bei dem äußeren Durchmesser
der Federn 18, 19. Ein innere Oberfläche der
inneren Membranfedermittel 18 berührt einen Lagerring 23 an
der Druckplatte 16 in einer Position radial einwärts von
dem Lagerring 22 an der Kupplungsabdeckung 13.
Die Anordnung ist so, dass, wenn die Kupplung voll eingreift, die
Membranfedermittel 18, 19 zwischen der Kupplungsabdeckung 13 und
der Druckplatte 16 wirken, um die Druckplatte in Richtung
des Schwungrades 11 vorzuspannen, um die Antriebsscheiben 15a, 15b, 15c, 15d und
die angetriebenen Scheiben 17a, 17b, 17c zusammen
zwischen der Druckplatte 16 und dem Schwungrad 11 in
einer wohlbekannten Art einzuklemmen.
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Ein
Kontroll- bzw. Steuermechanismus für die Kupplung schließt eine
Kupplungskontrollhülse 24 ein,
welche konzentrisch um einen (nicht dargestellten) Schaft montiert
ist, das heißt
in Antriebsverbindung mit den angetriebenen Scheiben 17a, 17b, 17c über die
Nabe 5. Die Kontrollhülse
hat zwei Kupplungsfreigabelager 25, 26. Ein erstes
Freigabelager 25 greift an einer inneren Oberfläche der
Finger 18a der inneren Membranfedermittel 18 an,
während ein
zweites Freigabelager 26 an einer inneren Oberfläche der
Finger 19a der äußeren Membranfedermittel 19 angreift.
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Die
Kupplungskontrollhülse 24 ist
betriebsmäßig mit
einem nicht dargestellten Kupplungskontrollbetätiger derart verbunden, dass
eine Bewegung des Betätigers
die Hülse 24 veranlasst,
sich axial relativ zu dem Schwungrad 11 zu bewegen, um
die Membranfedermittel zwischen einer Eingriffsposition, in welche
eine volle Feder- oder Klemmlast auf die Druckplatte 16 mittels
der Membranfedermittel 18, 19 aufgebracht werden,
und einer Freigabeposition, in welcher die Federlast von der Druckplatte
weggenommen ist, was in größerer Einzelheit
später
beschrieben wird, zu bewegen. In einer alternativen Ausführungsform
kann die Kontrollhülse 24 ein
integraler Teil des Betätigers
sein.
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Der
Kupplungskontrollbetätiger
kann ein hydraulischer Servozylinder sein, welcher von einem Fahrer
eines Fahrzeuges, an welchem die Kupplungsanordnung montiert ist,
mittels eines Kupplungspedals und eines hydraulischen Druckzylinders, in
einer in der Technik wohl bekannten weise, betätigt werden. Der Betätiger kann
jedoch jede beliebige geeignete Type von Betätiger sein und durch mechanische
Mittel, wie beispielsweise ein Seil, bedient werden, oder ein elektronischer
Betätiger
sein. Der Betätiger
kann auch durch oder über
ein elektronisches/programmierbares Kontrollsystem anstelle durch
den Fahrer direkt, kontrolliert bzw. gesteuert werden.
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Wie
in 1 gezeigt sind die radialen Finger 18a der
inneren Membranfedermittel 18 kürzer als die Finger 19a der äußeren Membranfedermittel 19. Dementsprechend
ist das innere oder führende
Freigabelager 25 radial nach außen beabstandet von dem äußeren oder
nachlaufenden Freigabelager 26, so dass die Finger 18a an
den inneren Membranfedermitteln 18 berührt werden.
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Die
beiden Freigabelager 25, 26 an der Kontrollhülse 24 sind
um eine Distanz X axial beabstandet, welcher Abstand größer ist
als die axiale Stärke der
inneren Membranfedermittel 18 aus Gründen, die unten erläutert werden.
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Die
Arbeitsweise der Kupplungsanordnung 10 wird nun mit Bezugnahme
auf die 2A bis 2C beschrieben.
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2A zeigt
die Kupplung 10 mit den Membranfedermitteln 18, 19 in
einer vollen Freigabeposition. Die Kontrollhülse 24 ist durch den
Kupplungsbetätiger
in einer Kupplungslöserichtung,
wie durch Pfeil A angedeutet, zurückgezogen, so dass die Lager 25, 26 mit
den Fingern 18a, 19a ihrer jeweiligen Membranfedermittel 18, 19 angreifen,
um die Federn weg von der Druckplatte 16 zu heben. In diesem
Zustand ist keine Klemmlast auf die Druckplatte mittels der Membranfedermittel 18, 19 aufgebracht.
Es sei bemerkt, dass aufgrund des axialen Zwischenraums der Kontrollhülsenfreigabelager 25, 26 ein
Spalt zwischen den beiden Membranfedermittel vorhanden ist, ausgenommen
an ihrem äußersten
Durchmesserbereich, wo die inneren Membranfedermittel 18 die äußeren Membranfedermittel 19 berühren, welche
ihrerseits in Berührung
mit dem Kupplungsabdeckungslagerring 22 in Berührung stehen.
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2B zeigt
die Kupplung in einem Teileingriffszustand, in welchem die Kontrollhülse 24 in Richtung
des Schwungrades 11 in eine Kupplungseingriffsrichtung
(wie durch Pfeil B angedeutet) durch den Kupplungsbetätiger bewegt
worden ist. Die inneren Membranfedermittel 18 sind in Berührung mit dem
Lagerring 23 an der Druckplatte angebracht, um eine Feder-
oder Klemmlast auf die Druckplatte aufzubringen. 2B veranschaulicht
die Kupplung an einem Punkt, an welchem die volle Federlast der
inneren Membranfedermittel 18 auf die Druckplatte 16 aufgebracht
ist. In diesem Stadium stützt
das führende
Freigabelager 25, welches den inneren Membranfedermitteln 18 zugeordnet
ist, die inneren Finger 18a der inneren Membranfedermittel 18 nicht
länger.
Da das nachlaufende Freigabelager 26, welches den äußeren Membranfedermitteln 19 zugeordnet
ist, jedoch axial von dem führenden
Lager 25 durch eine Distanz, welche größer als die Stärke der
inneren Membranfedermittel 18 ist, beabstandet ist, werden die
Finger 19a der äußeren Membranfedermittel 19 noch
an dem nachlaufenden Lager 26 abgestützt und es ist ein Spalt zwischen
den beiden Membranfedermitteln 18, 19 bei dem
Radius des Lagerringes 23 an der Druckplatte. Als Ergebnis
bringen die äußeren Membranfedermittel 19 keine
signifikante Federlast auf die Druckplatte 16 auf.
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2C zeigt
die Kupplung 10 in vollem Eingriff. Die Kupplungskontrollhülse 24 hat
sich näher
an das Schwungrad 11 in der Kupplungseingriffsrichtung
B bewegt, um die äußeren Membranfedermittel 19 in
Eingriff mit den inneren Membranfedermitteln 18 zu bringen,
so dass die äußeren Membranfedermittel 19 eine
Federkraft auf die Druckplatte aufbringen. 2C veranschaulicht
ein Punkt, an welchem die äußeren Membranfedermittel 19 ihre
volle Federlast auf die Druckplatte 16 aufbringen und die
Kupplung ist voll im Eingriff.
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Zum
Lösen der
Kupplung wird die vorherige Folge umgekehrt.
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Aus
dem vorstehenden wird man erkennen, dass die beiden Membranfedermittel 18, 19 aufeinanderfolgend
während
des Eingriffs der Kupplung arbeiten, wobei jede ihre Federlast auf
die Druckplatte 16 über
unterschiedliche Phasen des Eingriffs der Kupplung aufbringen.
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Während einer
Anfangsphase des Eingriffs, während
sich die Kontrollhülse 24 von
der in 2A gezeigten Position in die
in 2B gezeigte Position bewegt, werden die inneren
Membranfedermittel 18 in Berührung mit dem Lagerring 23 an
der Druckplatte gebracht und ihre Federlast schrittweise auf die Druckplatte
aufgebracht. Dieses setzt sich fort, bis die in 2B gezeigte
Position erreicht ist, wo die Druckplatte 16 der vollen
Federlast der inneren Membranfedermittel 18 unterworfen
ist. Während
dieser Phase stellt der Spalt zwischen den beiden Membranfedermitteln 18, 19 sicher,
dass keine signifikante Federlast auf die Druckplatte 16 von
den äußeren Membranfedermittel 19 aufgebracht
wird.
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Da
die Kontrollhülse 24 sich
weiterhin in Kupplungseingriffsrichtung B aus der in 2B gezeigten
Position in Richtung der in 2C gezeigten Position
bewegt, gibt es eine Zwischenphase, während welcher der Spalt zwischen
den beiden Membranfedermitteln 18, 19 geöffnet ist.
Während
dieser Zwischenphase wird die volle Federlast der inneren Membranfedermittel 18 weiterhin
auf die Druckplatte 16 aufgebracht, aber keine signifikante
Federlast von den äußeren Membranfedermitteln 19.
Somit ist dort eine Periode der Bewegung der Kupplungskontrollhülse 24,
und daher der Bewegung des Kupplungsbetätigers, während deren die Druckplatte 16 eine
relativ konstanten Federlast von den Membranfedermitteln ausgesetzt
ist.
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Wenn
einmal der Spalt zwischen den beiden Membranfedermitteln 18, 19 aufgebraucht
ist, beginnt die Federlast der äußeren Membranfedermittel 19 auf
die Druckplatte 16 aufgebracht zu werden. Dies repräsentiert
den Beginn einer weiteren, und in diesem Fall letzten, Phase des
Eingriffs, weil die Federlast von den äußeren Membranfedermittel 19 allmählich auf
die Druckplatte 16 aufgebracht wird, bis die Kupplung ihre
volle Eingriffsposition einnimmt, wie in 2C gezeigt,
in welcher die volle Federlast beider Membranfedermittel 18, 19 auf
die Druckplatte aufgebracht wird.
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3 ist
eine typische Kurve, welche die von den Membranfedermitteln 18, 19 ausgeübte Klemmkraft
gegen den Kupplungsbetätigerweg
zwischen einer Kupplungsfreigabeposition A und einer vollen Eingriffsposition
bei D zeigt. Die Linie B deutet die in 2B gezeigte
Position an, bei welcher die volle Klemmkraft der inneren Federmittel 18 auf
die Druckplatte 16 aufgebracht ist, und die Linie C deutet
die Position an, in welcher der Spalt zwischen den beiden Federmitteln
geschlossen worden ist und die Federlast der äußeren Federmittel 19 beginnt,
auf die Druckplatte aufgebracht zu werden. Die drei Phasen des oben
beschriebenen Federeingriffes können
aus der Kurve mit der Anfangsphase, welche sich zwischen Punkt A
und B erstreckt, der Zwischenphase zwischen Punkt B und C und der
weitere oder Schlussphase zwischen den Punkten C und D ersehen werden.
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Es
sei bemerkt, dass die Klemmlast auf die Druckplatte 16 nicht
streng konstant zwischen den Punkten B und C ist. Dies ist vermutlich
auf die Wechselwirkung der beiden Federmittel 18, 19 zurückzuführen, wo
sie einander an dem äußeren Durchmesser
berühren.
Nichts desto trotz ist die Zunahmerate der Federlast, welche von
den Membranfedermitteln über
die Zwischenphase auf die Druckplatte aufgebracht wird, niedrig
im Vergleich zu der Anfangsphase und den weiteren Phasen. Eine konstantere
Federlast über
die Zwischenphase kann durch Trennen der Membranfedermittel 18, 19 mittels
eines Lagerrings erhalten werden.
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4 ist
eine Kurve ähnlich
der von 3, sie zeigt jedoch die Klemmlast
gegen den Kupplungsbetätigerweg
für eine
konventionelle Kupplung mit Mehrfach-Membranfedermittel, welche
simultan in Eingriff gebracht werden. Die Position A deutet die Feder
an, wenn sie vollständig
freigegeben ist, und D die Kupplung in vollständigem Eingriff. Die Linie
B deutet einen typischen Eingreifpunkt an, an welchem ein Fahrer
versuchen wird, die Kupplung zu halten, um die Antriebskraft auf
die Räder
während
eines Rennstartes wirksam zuzuführen.
Wie man aus der Kurve ersehen kann, ist die Änderungsrate der Klemmkraft
für einen
gegebenen Betätigerweg
sehr hoch und daher führt
auch nur eine leichte Bewegung des Betätigerweges von der Linie B
zu der Linie C zu einer signifikanten Erhöhung der Klemmlast.
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Bei
einer Kupplung nach der Erfindung sieht die Möglichkeit, die Federlasten
der beiden Federmittel 18, 19 über unterschiedliche Phasen
des Kupplungseingriffes anzulegen, und insbesondere in der Lage
zu sein, eine Zwischenphase vorzusehen, während welcher eine geringe
oder keine Erhöhung
der Klemmlast für
eine vorgegebene Periode des Kupplungsbetätigerweges vorhanden ist, eine
größere Kontrolle
beim Schließen
der Kupplung vor. Durch geeignete Auswahl der Eigenschaften der
inneren Membranfedermittel 18 kann erreicht werden, dass die
Klemmlast, welche über
der Zwischenphase aufgebracht wird, im Wesentlichen gleich zu der
Eingreifposition ist, an welcher der Fahrer wünscht, die Kupplung zu halten,
um die Motorleistung auf die Räder
in der effektivsten Weise zu übertragen.
Darüber hinaus
kann durch Veränderung
des axialen Abstandes zwischen den Kupplungsfreigabelagern 25, 26 und
damit des Spaltes zwischen den Membranfedermitteln 18, 19,
wenn die Kupplung freigegeben wird, die Länge der Zwischenphase variiert
werden, um den Fahrer mit einem breiteren Sollbereich der Pedalbewegung
zu versorgen, in welchem die Kupplung an dem Eingriffspunkt zu halten
ist. Dies macht die Kupplungskontrolle einfacher und vorhersehbarer.
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Bei
der in den 1 bis 3 gezeigten Kupplung
ist der Lagerring 22 an der Kupplungsabdeckung dicht bei
dem äußeren Durchmesser
der ersten und zweiten Membranfedermittel 18, 19 positioniert,
wo die Federmittel einander berühren.
Bei einer modifizierten Ausführungsform
können
die Außendurchmesser
der ersten und zweiten Membranmittel weiter außerhalb des Lagerrings 22 derart
liegen, dass, wenn die Kupplung außer Eingriff ist, der Berührungspunkt
zwischen den ersten und zweiten Membranfedermitteln außerhalb
des Radius des Kupplungsabdeckungs-Lagerrings liegt.
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Die 5 bis 9 veranschaulichen
weitere Ausführungsformen
der Erfindung. Nur die Membranfedermittel und die Freigabelager
sind der Klarheit wegen in diesen Zeichnungen dargestellt.
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Die 5A bis 5C veranschaulichen eine
alternative Freigabelageranordnung, bei welcher die Lager 25', 26' auf einem gemeinsamen
Radius liegen. Um diese Anordnung anzupassen, sind die Finger 18a' der inneren
Membranfedermittel 18' einwärts gekrümmt. Die 5A, 5B und 5C zeigen
die Federmittel und die Lager in einer Freigabe-, Teileingriffs-
und Volleingriffsposition, entsprechend den 2A bis 2C,
welche oben beschrieben sind. Eingriff und Lösen der Kupplung werden in ähnlicher
Weise bewirkt wie zuvor in Bezug auf die Kupplung 10 beschrieben,
welche in den 1 bis 3 gezeigt
ist.
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In
den soweit beschriebenen Ausführungsformen
sind die Freigabelager 25, 26; 25', 26' an einer gemeinsamen
Kupplungskontrollhülse 24, 24' für eine simultane
Bewegung vorgesehen. 6A bis 6C veranschaulichen
eine Ausführungsform,
bei welcher die Lager 25'', 26'' auf separaten Kontrollhülsengliedern 27, 28 vorgesehen
sind, so dass sie zu einer unabhängigen
Bewegung in der Lage sind.
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In 6A befindet
sich die Kupplung in einem Freigabezustand und beide Kontrollhülsen 27, 28 sind
in eine Kupplungslöserichtung
zurückgezogen,
so dass die beiden Membranfedermittel 18'', 19'' keine Federlast auf die Druckplatte
aufbringen.
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In 6B ist
die Kontrollhülse 27 für die inneren
Membranfedermittel 18'' vorwärts in eine Kupplungseingriffsrichtung
bewegt worden, so dass die volle Federlast der inneren Feder 18'' auf die Druckplatte aufgebracht
ist.
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In 6C ist
die Kontrollhülse 28 für die äußeren Membranfedermittel 19'' vorwärts in eine Kupplungseingriffsrichtung
bewegt worden, so dass die volle Federlast der äußeren Federmittel 19'' ebenfalls auf die Druckplatte
aufgebracht wird und die Kupplung in vollem Eingriff steht.
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Durch
Anordnen einer entsprechenden Verzögerung zwischen den inneren
Federmitteln 18'', welche mit
der Druckplatte voll in Eingriff stehen, und den äußeren Federmitteln 19'', welche in vollen Eingriff mit
der inneren Feder 18'' gebracht sind,
kann eine zwischenzeitliche, im Allgemeinen konstante Federlastphase
des Kupplungseingriffes vorgesehen werden.
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Diese
Ausführungsform
sorgt für
ein größeres Maß an Kontrolle über den
Kupplungseingriff, als es möglich
ist, die Länge
der verschiedenen Phasen des Kupplungseingriffes einzustellen. Das
Kupplungsbetätigungssystem
ist jedoch komplexer, als zwei Betätiger erforderlich sind, einer
für jede
Kontrollhülse 27, 28.
Wo die Betätiger
hydraulische Betätiger
sind, kann die Bewegung der beiden Kontrollhülsen mittels eines hydraulischen
Kontrollsystems kontrolliert werden. Die Betätiger können beispielsweise in der
Form von zwei konzentrischen hydraulischen Betätigern sein. Jede beliebige
Form an Betätiger kann
jedoch verwendet werden. Diese Anordnung kann teilweise auf Anwendungen
angepasst werden, bei welchen der Eingriff der Kupplung mittels
eines elektronischen und/oder programmierbaren Kontrollers kontrolliert
wird.
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Die 7 bis 9 veranschaulichen
einige weitere alternative Ausführungsformen,
wobei alle nur in der Eingriffsposition gezeigt sind. Bei all diesen Ausführungsformen
sind unabhängige
Kontrollhülsen
vorgesehen und es ist nachvollziehbar, dass diese Ausführungsformen
in einer Weise ähnlich
der in Bezug auf die 6A bis 6C oben
beschriebenen arbeiten. Es sollte auch klar sein, dass die Anordnungen,
welche in den 7 bis 9 gezeigt sind,
wenn erwünscht,
an die Verwendung mit einer einzigen Freigabehülse angepasst werden könnten.
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7 zeigt
eine Ausführungsform ähnlich der
in 6C gezeigten, ausgenommen die Finger 18a''' der
inneren Federmittel 18''' sind kürzer als die Finger 19a''' der äußeren Federmittel 19''' und
sind nicht konkav. Das Freigabelager 25''' für die inneren Federmittel
arbeitet bei einem größeren Radius
als das Freigabelager 26''' für die äußeren Federmittel 19''',
und zwar in einer Weise ähnlich
der in 1 gezeigten Kupplung 10.
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8 veranschaulicht
eine Ausführungsform,
bei welcher die äußeren Membranfedermittel 19'''' zwei Membranfederglieder 29, 30 aufweisen, welche
zusammen als eine einzige Membranfedereinrichtung arbeiten. Es sollte
verstanden werden, dass die inneren oder äußeren Membranfedermittel zwei
oder mehrere Membranfederglieder aufweisen könnten, welche in dieser Weise
nach irgendeiner der offenbarten Ausführungsformen arbeiten. Wo ein Membranfedermittel
mehr als ein Membranfederglied aufweist, kann es der Fall sein,
dass nur eines der Glieder radial einwärtsgerichtete Finger für ein Zusammenwirken
mit dem Kupplungsfreigabelager hat.
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9 zeigt
eine Ausführungsform ähnlich der
oben in Bezug auf die 6A bis 6C beschriebenen,
ausgenommen dass ein zusätzlicher Lagerring 31 zwischen
den inneren Membranfedermitteln 18''''' und
den äußeren Membranfedermitteln 19''''' vorgesehen ist. Wiederum sollte
deutlich sein, dass ein Lagerring zwischen den Membranfedermittel
bei irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden
kann.
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Obgleich
die Erfindung in Bezug auf Mehrplattenkupplungen für die Benutzung
in Rennwagen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese
Anwendung beschränkt,
sondern kann bei jeglicher Type von Reibungskupplung eingesetzt
werden, bei welcher die Klemmkraft durch mehr als ein Membranfedermittel
vorgesehen wird. Beispielsweise könnte die Erfindung auf Kupplungen
angewendet werden, welche nur eine einzige angetriebene Scheibe oder
Platte aufweisen, oder auf Kupplungen mit einer Zwillingsantriebsscheiben- oder -plattenanordnung.
In dieser Beziehung sollte bemerkt werden, dass die Begriffe "Schwungrad" und "Kupplungsabdeckung" hier, einschließlich in
den Ansprüchen, nicht
verwendet wurden, um die Absicht irgendeiner besonderen Konstruktionsbeschränkung anzudeuten.
Demzufolge sollte der Begriff Schwungrad als jedes beliebige geeignete
Glied umfassend verstanden werden, welches betriebsmäßig mit
einer Ausgangswelle einer Maschine oder eines Motors verbindbar ist,
ungeachtet dessen, ob es sie zur Speicherung von Energie von einer
Maschine oder einem Motor verwendet wird. Ähnlich sollte der Begriff Kupplungsabdeckung
als irgendein geeignetes Glied umfassend verstanden werden, welches
axial relativ zu dem Schwungrad und drehfest mit diesem verbunden
verstanden werden, und gegen welche die Membranfedermittel wirken
können.
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Während die
hierin beschriebenen Ausführungsformen
alles Kupplungen vom Zugtyp gewesen sind, kann die Erfindung, durch
geeignete Anpassung, auch auf Schubtyp-Kupplungen angewendet werden.
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Die
Erfindung sieht eine Kupplungsanordnung vor, in welcher Federlast
bezüglich
Betätigungswegcharakteristiken
in einer Zahl von unterschiedlichen Wegen variiert werden kann,
um einer Vielfalt von Anwendungen gerecht zu werden. Während das
Vorsehen einer Zwischenphase mit im Allgemeinen konstanter Federlast
(oder wenigstens mit einer niedrigen Änderungsrate der Federlast)
als wünschenswert
für viele
Anwendungen angesehen wird, können
auch andere Anwendungen vorhanden sein, wo keine Zwischenphase notwendig
ist. In diesem Fall kann die Kupplung so angeordnet werden, dass
die Federlast der äußeren Membranfedermittel auf
die Druckplatte aufgebracht wird, sobald die volle Federlast der
inneren Membranfedermittel angelegt worden ist oder auch schon davor.
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Während die
Erfindung in Bezug darauf beschrieben worden ist, was derzeit als
besonders praktikabel und bevorzugte Ausführungsformen angesehen wird,
sollte deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern verschiedene Modifikationen und äquivalente Konstruktionen abdecken
soll, welche innerhalb des Schutzumfangs, wie er durch die Ansprüche definiert
wird, eingeschlossen sind. Beispielsweise ist die Erfindung nicht
auf die Anwendung bei Kupplungen für Rennwagen beschränkt, sondern
kann bei jedem beliebigen Fahrzeug angewendet werden, wo es wünschenswert
ist, die Kupplungsbetätigung
in der vorgesehenen Weise zu kontrollieren.
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Wo
die Begriffe "umfassen", "umfasst", "umfasste" oder "umfassend" in der Beschreibung
verwendet werden, so sind diese so zu interpretieren, als dass sie
die Anwesenheit der genannten Merkmale, Anzahlen, Schritte und Komponenten,
auf die sie sich beziehen, benennen, aber nicht die Anwesenheit
oder die zusätzliche
Anwesenheit eines oder anderer Merkmale, Anzahlen, Schritte, Komponenten
oder Gruppen davon ausschließen.
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Zusammenfassung:
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Reibungskupplung und ein
Kontrollmechanismus für eine
Reibungskupplung
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Eine
Reibungskupplung (10) für
ein Motorfahrzeug hat wenigstens zwei Membranfedermittel (18, 19)
und einen Kupplungskontrollmechanismus (24, 25, 26)
zum Bewegen jedes der Membranfedermittel zwischen einer Kupplungseingriffsposition
und einer Kupplungsfreigabeposition. Die Kupplung ist angeordnet,
um einen phasenweisen Eingriff der Membranfedermittel mit einer
Druckplatte so vorzusehen, dass während einer Anfangsphase des
Eingriffs der Kupplung nur eine erste der Membranfedermittel eine
Klemmkraft auf die Druckplatte ausübt. Die Federlast eines zweiten
der Membranfedermittel wird auf die Druckplatte während einer
weiteren Phase des Kupplungseingriff nach der Anfangsphase ausgeübt. Dabei
kann auch eine Zwischenphase des Kupplungseingriffes zwischen der
Anfangsphase und der weiteren Phase vorhanden sein, in welcher die volle
Federlast der ersten der Membranfedermittel auf die Druckplatte
aufgebracht wird. Das Vorsehen einer solchen Zwischenphase führt zu einer
im Wesentlichen konstanten Klemmlast, welche auf die Druckplatte über eine
vorgegebene Periode der Kupplungspedalbewegung während eines Kupplungseingriffes
aufgebracht wird. Die Erfindung erlaubt einen Fahrer größere Kontrolle über den
Kupplungseingriff und ist insbesondere bei Rennwagen anwendbar.